CN103569303B - 以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统，包含有：一电源模块；一微电脑；一换挡驱动器；以及一踏板位置感测模块，用以至少一曲柄的角度位置；该微电脑具有一换挡动作逻辑，该微电脑在进行换挡控制之前，执行该换挡动作逻辑，其流程为：(1)当该至少一曲柄的角度位置通过一第一角度位置时，降低该马达的输出助力至一第一助力值；(2)当该至少一曲柄的角度位置离开该第一角度位置后，而通过一踩踏死点时，将该马达的输出助力降至最低；(3)进行换挡；(4)换挡完成后，控制该马达的输出助力回复到流程(1)之前的助力大小。

Description

以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统

技术领域

本发明与助力自行车的换挡系统有关，特别是指一种以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统。

背景技术

现有的助力自行车，是在骑乘者踩踏时才由微电脑控制马达提供助力，在未踩踏时则不提供助力，这可以让骑乘者在踩踏上更为轻松，同时也不会减少踩踏骑乘的乐趣。在骑乘助力自行车时，其微电脑会因地形、速度或挡位来判断是否应控制该马达来改变输出助力，亦即，马达所提供的助力会在骑乘时因微电脑的控制而发生变化。

现有的助力自行车通常也具有自动换挡功能，其通常是在微电脑中置入一换挡逻辑，在达到该换挡逻辑的换挡条件时，例如车速达到预定速度时，该微电脑即控制对应的变速器进行换挡，骑乘者在踩踏时会因为换挡动作改变了齿轮比而感到踩踏负荷及踩踏频率发生了变化。又，其微电脑亦可通过骑乘者按压换挡按钮来接收到骑乘者的换挡命令，以配合进行换挡。

然而，传统的助力自行车，由于在进行换挡的过程中骑乘者仍是在踩踏状态，因此其微电脑会因为有踩踏动作而认为是在正常状态进而控制该马达输出足额的助力。这个足额的助力配合上骑乘者踩踏的力量，会造成换挡过程中变速器正在变化齿轮比而发生咬合不顺的问题，更有甚者，还可能导致链条断裂或是变速器损坏。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统，其可侦测踩踏位置，并据以为判断的基础来在换挡时降低助力，用以使换挡过程顺畅，并进而降低链条及变速器损坏的机率。

为了达成前述目的，依据本发明所提供的一种以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统，设置于具有马达及换挡器的一助力自行车上，该助力自行车换挡系统包含有：一电源模块；一微电脑，电性连接于该电源模块以及该马达，用以控制该马达的输出助力；一换挡驱动器，电性连接于该微电脑且实体连接于该换挡器，受该微电脑的控制以驱动该换挡器进行换挡；以及一踏板位置感测模块，设于该助力自行车上对应于该助力自行车的至少一曲柄，并且电性连接于该微电脑，该微电脑通过该踏板位置感测模块来得知该至少一曲柄的角度位置；该微电脑具有一换挡动作逻辑，该微电脑在自行判断应进行换挡或接到骑乘者的换挡指令时，即执行该换挡动作逻辑；该微电脑在执行该换挡动作逻辑的流程为：(1)当该至少一曲柄的角度位置通过一第一角度位置时，降低该马达的输出助力至一第一助力值；(2)当该至少一曲柄的角度位置离开该第一角度位置后，而通过一踩踏死点时，该微电脑将该马达的输出助力降至最低；(3)该微电脑控制该换挡驱动器驱动该换挡器进行换挡；(4)换挡完成后，该微电脑控制该马达的输出助力回复到流程(1)之前的助力大小。

较佳地，该踩踏死点为踩踏力矩最小时该至少一曲柄的角度位置。

较佳地，该踩踏死点的角度位置为踏板位置最高点(0度)或最低点(180度)。

较佳地，该踏板位置感测模块具有一传感器。

较佳地，该踏板位置感测模块的传感器为一五通管传感器(BottomBracketSensor，BBsensor)，安装于该助力自行车的五通管内。

较佳地，该踏板位置感测模块的传感器为一光遮断器，安装于该助力自行车的车架上。

较佳地，该换挡动作逻辑在流程(1)之后，还包含一流程(1.1)当该至少一曲柄的角度位置通过一第二角度位置时，降低该马达的输出助力至一第二助力值；而该流程(2)则对应改为：当该至少一曲柄的角度位置离开该第二角度位置后，而通过一踩踏死点时，该微电脑将该马达的输出助力降至最低。

较佳地，该换挡动作逻辑在流程(1)中的该第一角度位置，为踏板位置0度或90度的角度位置，其中踏板位置最高点定义为0度；在流程(1.1)中的该第二角度位置，为相对于水平面的45度或135度。

较佳地，该第一助力值为马达最高输出助力值的50％；该第二助力值为马达最高输出助力值的30％；该马达的输出助力降至最低时，为马达最高输出助力值的10％。

较佳地，该第一助力值为马达最高输出助力值的30％；该马达的输出助力降至最低时，为马达最高输出助力值的10％。

附图说明

图1是本发明第一较佳实施例的结构示意图，显示元件之间的连接关系。

图2是本发明第一较佳实施例的装设示意图。

图3是本发明第一较佳实施例的局部元件示意图，显示五通管传感器的形态。

图4是本发明第一较佳实施例的流程图，显示换挡动作逻辑的流程。

图5是本发明第一较佳实施例的角度示意图，显示曲柄角度对应于各个角度位置的状态。

图6是本发明第二较佳实施例的流程图，显示换挡动作逻辑的流程。

图7是本发明第二较佳实施例的角度示意图，显示曲柄角度对应于各个角度位置的状态。

主要元件符号说明

10以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统

11电源模块21微电脑

22换挡动作逻辑24换挡逻辑

31换挡驱动器41踏板位置感测模块

42传感器

10’以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统

21’微电脑22’换挡动作逻辑

90助力自行车

91马达93换挡器

95曲柄97链条

P1第一角度位置P2第二角度位置

Pd踩踏死点

具体实施方式

为了详细说明本发明的技术特点所在，兹举以下的较佳实施例并配合图式说明如后，其中：

如图1至图5所示，本发明一较佳实施例所提供的一种以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统10，主要设置于具有马达91及换挡器93的一助力自行车90上，该助力自行车换挡系统10主要由一电源模块11、一微电脑21、一换挡驱动器31以及一踏板位置感测模块41所组成，其中：

该电源模块11，于本实施例中是以一电池为例，设置于该助力自行车90上且电性连接于该马达91，用以提供电源。

该微电脑21，电性连接于该电源模块11以及该马达91，用以控制该电源模块11以及该马达91的输出助力。

该换挡驱动器31，电性连接于该微电脑21且实体连接于该换挡器93，受该微电脑21的控制以驱动该换挡器93进行换挡。

该踏板位置感测模块41，设于该助力自行车90上对应于该助力自行车90的至少一曲柄95，并且电性连接于该微电脑21，该微电脑21通过该踏板位置感测模块41来得知该至少一曲柄95的角度位置。由于自行车的两个曲柄位置是正好相差180度的角度位置，因此实施时可仅对应侦测一曲柄的角度位置即可，另一个曲柄的角度位置可直接加上180度而推知，另外，当然也可以侦测两个曲柄的角度位置，并不以仅侦测一个曲柄为限制。于本实施例中，该踏板位置感测模块41具有一传感器42，而以五通管传感器(BottomBracketSensor，BBsensor)为例，如图3所示，其安装于该助力自行车90的五通管(图中未示)内。

该微电脑21具有一换挡动作逻辑22，该微电脑21在自行判断应进行换挡或接到骑乘者的换挡指令时，即执行该换挡动作逻辑22。其中，该微电脑21内部可具有一现有的换挡逻辑24以判断换挡的时机，而骑乘者的换挡指令，则可通过现有设置于把手上的换挡按键(图中未示)来将换挡指令输入至该微电脑21。

如图4及图5所示，该微电脑21在执行该换挡动作逻辑22的流程为：(1)当该曲柄95的角度位置通过一第一角度位置P1时，降低该马达91的输出助力至一第一助力值；于本第一实施例中该第一角度位置P1可为踏板位置0度或90度的角度位置，而以0度为例，其中踏板位置最高点定义为0度；该第一助力值则以马达91最高输出助力值的30％为例。(2)当该曲柄95的角度位置离开该第一角度位置P1后，而通过一踩踏死点Pd时，该微电脑21将该马达91的输出助力降至最低，于本第一实施例中，该踩踏死点Pd为踩踏力矩最小时该曲柄95的角度位置，即踏板位置最高点(0度)或最低点(180度)的角度位置；该马达91的输出助力降至最低，则以该马达91最高输出助力值的10％为例。(3)该微电脑21控制该换挡驱动器31驱动该换挡器93进行换挡。(4)换挡完成后，该微电脑21控制该马达91的输出助力回复到流程(1)之前的助力大小。

以上说明了本第一实施例的架构，接下来说明本第一实施例的动作状态。

在正常骑乘而未换挡的状态下，骑乘者踩踏踏板而带动该曲柄95转动，该微电脑21即依循正常状态下控制该马达91输出适当的助力。

当该微电脑21判断应换挡或骑乘者输入换挡指令至该微电脑21时，即执行该换挡动作逻辑22，此时，该微电脑21即通过该踏板位置感测模块41所感测到的信号来判断该曲柄95的位置。当该曲柄95通过该第一角度位置P1(以0度为例)时，即降低该该马达91的输出助力至该第一助力值(即该马达91最大出力的30％)，而在该曲柄95继续因踩踏而旋转至一踩踏死点Pd时，该微电脑21即将该马达91的输出助力降至最低(即该马达91最大出力的10％)，之后，该微电脑21即控制进行换挡的动作，并在换挡完成后控制该马达91回复到换挡前的助力大小。其中，在换挡时，由于马达91的输出助力已降至最低，且同时曲柄95位置也位于踩踏死点Pd(踩踏力矩最小的位置)，因此此时施加于链条97上的力量是最小的，这个时候进行换挡即最为顺畅，且最不容易对链条97或换挡器93造损坏，有效的降低了造成损坏的机率。

须补充说明的是，该踏板位置感测模块41的传感器42并不以五通管传感器为限，其亦可以为一光遮断器而安装于该助力自行车90的车架上，通过该曲柄95通过时的遮光效果来侦测该曲柄95的角度位置。由于光遮断器的工作原理甚为已知，且也为助力自行车业界常用的曲柄位置感测技术手段，容不再以图式表示。

由此可知，本第一实施例通过侦测踩踏位置，并据以为判断的基础来在换挡时降低助力，用以使换挡过程顺畅，并进而降低链条97及换挡器93损坏的机率。

请再参阅图6及图7，本发明第二较佳实施例所提供的一种以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统10’，主要概同于前揭第一实施例，不同之处在于：

该换挡动作逻辑22’在流程(1)之后，还包含一流程(1.1)，当该曲柄95的角度位置通过一第二角度位置P2时，降低该马达91的输出助力至一第二助力值。而该流程(2)则对应改为：当该曲柄95的角度位置离开该第二角度位置P2后，而通过一踩踏死点Pd时，该微电脑21’将该马达91的输出助力降至最低。

于本第二实施例中，该第一角度位置P1为踏板位置0度或90度的角度位置，其中踏板位置最高点定义为0度，该第二角度位置P2是以踏板位置的45度或135度为例。而该第一助力值是以马达91最高输出助力值的50％为例，该第二助力值则以马达91最高输出助力值的30％为例。

本第二实施例在操作上不同于前揭第一实施例的地方在于：该微电脑21’执行该换挡动作逻辑22’的过程中，当该曲柄95通过该第一角度位置P1(以0度为例)时，即降低该该马达91的输出助力至该第一助力值(即该马达91最大出力的50％)；当该曲柄95通过该第二角度位置P2(以45度为例)时，即降低该马达91的输出助力至该第二助力值(即该马达91最大出力的30％)；而在该曲柄95继续因踩踏而旋转至一踩踏死点Pd时，该微电脑21’才将该马达91的输出助力降至最低(即该马达91最大出力的10％)，之后，该微电脑21’即控制进行换挡的动作，并在换挡完成后控制该马达91回复到换挡前的助力大小。

于本第二实施例中，多了一个该曲柄95的第二角度位置P2，这使得该微电脑21’在进行换挡时的助力降低的动作上，是先降低至50％(第一角度位置P1)，再降低至30％(第二角度位置P2)，最后才降至最低10％(踩踏死点Pd)，这样的助力降低的幅度较为和缓，骑乘者比较不会感受到助力变化的幅度过大，较不会有突冗感。

本第二实施例的其余架构及所能达成的功效均概同于前揭第一实施例，容不再予赘述。

Claims (11)

1.一种以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统，设置于具有马达及换挡器的一助力自行车上，其特征在于：该助力自行车换挡系统包含有：

一电源模块；

一微电脑，电性连接于该电源模块以及该马达，用以控制该马达的输出助力；

一换挡驱动器，电性连接于该微电脑且实体连接于该换挡器，受该微电脑的控制以驱动该换挡器进行换挡；以及

一踏板位置感测模块，设于该助力自行车上对应于该助力自行车的至少一曲柄，并且电性连接于该微电脑，该微电脑通过该踏板位置感测模块来得知该至少一曲柄的角度位置；

该微电脑具有一换挡动作逻辑，该微电脑在自行判断应进行换挡或接到骑乘者的换挡指令时，即执行该换挡动作逻辑；

该微电脑在执行该换挡动作逻辑的流程为：

流程1、当该至少一曲柄的角度位置通过一第一角度位置时，降低该马达的输出助力至一第一助力值；

流程2、当该至少一曲柄的角度位置离开该第一角度位置后，而通过一踩踏死点时，该微电脑将该马达的输出助力降至最低；

流程3、该微电脑控制该换挡驱动器驱动该换挡器进行换挡；

流程4、换挡完成后，该微电脑控制该马达的输出助力回复到流程1之前的助力大小。

2.依据权利要求1所述的以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统，其特征在于：该踩踏死点为踩踏力矩最小时该至少一曲柄的角度位置。

3.依据权利要求2所述的以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统，其特征在于：该踩踏死点的角度位置为踏板位置最高点0度或最低点180度。

4.依据权利要求1所述的以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统，其特征在于：该踏板位置感测模块具有一传感器。

5.依据权利要求4所述的以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统，其特征在于：该踏板位置感测模块的传感器为一五通管传感器BottomBracketSensor,即BBsensor，安装于该助力自行车的五通管内。

6.依据权利要求4所述的以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统，其特征在于：该踏板位置感测模块的传感器为一光遮断器，安装于该助力自行车的车架上。

7.依据权利要求1所述的以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统，其特征在于：该换挡动作逻辑在流程1之后，还包含一流程1.1当该至少一曲柄的角度位置通过一第二角度位置时，降低该马达的输出助力至一第二助力值；而该流程2则对应改为：当该至少一曲柄的角度位置离开该第二角度位置后，而通过一踩踏死点时，该微电脑将该马达的输出助力降至最低。

8.依据权利要求7所述的以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统，其特征在于：该换挡动作逻辑在流程1中的该第一角度位置，为踏板位置0度或90度的角度位置，其中踏板位置最高点定义为0度；在流程1.1中的该第二角度位置，为踏板位置的45度或135度。

9.依据权利要求7所述的以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统，其特征在于：该第一助力值为马达最高输出助力值的50％；该第二助力值为马达最高输出助力值的30％；该马达的输出助力降至最低时，为马达最高输出助力值的10％。

10.依据权利要求1所述的以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统，其特征在于：该第一助力值为马达最高输出助力值的30％；该马达的输出助力降至最低时，为马达最高输出助力值的10％。

11.依据权利要求1所述的以踩踏位置为判断基础的助力自行车换挡系统，其特征在于：该换挡动作逻辑在流程1中的该第一角度位置，为踏板位置0度或90度的角度位置，其中踏板位置最高点定义为0度。